Физическая передача данных по каналам связи
Физическая передача данных по каналам связи
В цифровой технике для представления данных используется двоичный код. Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы. Представление данных в виде сигналов подаваемых на линию связи, называется кодированием (физическим или линейным).
Существуют различные способы кодирования двоичного числа:
- потенциальное кодирование, при котором единице
Аналогичные методы используется для кодирования данных при передаче их между компьютерами по линиям связи. Но линии имеют большую протяженность, что приводит к значительным искажениям импульсов (затухание сигнала, воздействие электромагнитных помех).
Для устранения искажений применяют дополнительное кодирование – модуляцию.
При модуляции данные представляются сигналом той чистоты, которую хорошо передает имеющаяся линия (линия имеет определенный спектр или диапазон частот в котором работает норм). Модуляция определенным образом изменяет форму колебаний и бывает нескольких видов. В радиосвязи используют:
-амплитудную (АМ, АМ – amplitude modulation)
-частотную модуляцию (ЧМ, FM – frequency modulation)
-фазовую (ФМ, PSK – Phase Shifty Key)
Амплитудная модуляция (АМ) – модуляция, при которой незатухающие колебания изменяются по амплитуде в соответствии с модулирующими его колебаниями более низкой частоты.
Частотная модуляция (ЧМ) – модуляция, при которой несущая частота сигнала изменяется в соответствии с модулирующими колебаниями.
Фазовая модуляция (ФМ) – модуляция, при которой изменяется фазовый сдвиг несущего сигнала в соответствии с модулирующим сигналом.
Несущая частота – основная частота передачи в линии.
Наиболее важными преимуществами цифровых систем связи перед аналоговыми являются:
-более высокое качество передачи речи (хотя появляется некоторая «металлизация» речи)
-большая защищенность от посторонних сигналов
-стабильное качество связи во всей зоне покрытия (и резкое снижение на границах зоны)
-интегрированные возможности
по передаче данных и более
высокие скорости обмена
-расширенные возможности сжатия данных
На способ передачи сигналов влияет количество проводов в линиях связи между компьютерами. Используется не параллельная передача всех битов одного или нескольких байт, а последовательная. Побитовая передача требует всего одной пары проводов. Пропускная способность линии характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линиям связи. Пропускная способность измеряется в битах в секунду – бит/с.
При передаче данных по линиям связи важным является задача взаимной синхронизации передатчика одного компьютера с приемником другого. Эта задача решается разными способами:
-с помощью обмена
-с помощью обмена специальными тактовыми импульсами синхронизации (заранее определенного кода или импульсами характерной форма, отличающейся от формы импульсов данных)
-это могут быть
Для повышения надежности передачи данных часто используется стандартный прием, повышающий качество передачи – подсчет контрольной суммы и передача ее по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов.
Часто в протокол обмена данных включается как обязательный элемент сигнал-квитанция, который подтверждает правильность приема данных и посылает отправителю.
Итак, задача надежного обмена двоичными сигналами, представляемые соответствующими электромагнитными сигналами в вычислительных сетях решаются специальным оборудованием:
-в локальных сетях – это сетевые адаптеры
-в глобальных сетях – аппаратура передачи данных (например, модемы, коммутаторы)
Это оборудование
-кодирует и декодирует информационные биты
-синхронизирует передачу электромагнитных сигналов по линиям связи
-проверяет правильность передачи по контрольной сумме
Сетевые адаптеры рассчитаны на работу с определенной передающей средой (кабельная среда, беспроводной канал).
В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF)
-используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически
-в стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля:
-62.5/125 мкм
-50/125 мкм
Где 62.5 мкм или 50 мкм – это диаметр центрального проводника
125 мкм – диаметр внешнего проводника
-во внутреннем проводнике
одновременно существуют
-имеет более узкую полосу пропускания от 500 до 800 МГц/км
В качестве источников-приемников излучения света волоконно-оптических кабелях применяется:
-светодиоды
-полупроводниковые лазеры
Быстродействие современных лазеров позволяет формировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше
Волоконно-оптические кабели обладают хорошими характеристиками всех типов:
-электромагнитными (низкий уровень шумов, высокая помехозащищенность)
-механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью)
Однако у них есть один серьезный недостаток – сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля
Преимущества ВОЛС
-высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи
-длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию – что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет
-удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. В этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом
Параметры спецификации физического уровня для стандарта Ethernet
Параметр |
10Base-5 |
10Base-2 |
10Base-T |
10Base-F |
Кабель |
Толстый коаксиальный кабель RG-8 или RG-11 |
Тонкий коаксиальный кабель RG-58 |
Неэкранированная витая пара категории 3,4,5 |
Много-модовый волоконно-оптический кабель |
Максимальная длина сегмента, м |
500 |
185 |
100 |
2000 |
Максимальное расстояние между узлами сети при использовании повторителей, м |
2500 |
925 |
500 |
2500 |
Максимальное число узлов в сегменте |
100 |
30 |
1024 |
1024 |
Максимальное число повторителей между любыми узлами сети |
4 |
4 |
4 |
4 |
Технология Ethernet
Ethernet – это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.
В 1980 году фирмы DEC, Intel, Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сетей, построенных на основе коаксиального кабеля.
На основе стандарта Ethernet был разработан стандарт IEEE 802.3
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers (институт инженеров по электротехнике и электроники)
Данный стандарт использует в качестве среды две неэкранированные витые пары
Метод доступа CSMA/CD
CSMA/CD – carrier-sense-multiply-access with collision detection – метод коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий
Применяется в сетях с логической общей шиной
Простота схемы подключения к среде – все узлы работают в режиме коллективного доступа (Multiply Access, MA)
При наличии нескольких клиентов, обращающихся друг с другом, передача кадров может иметь три ситуации:
-успешная передача (канал не занят)
-переход в режим ожидания (если канал занят)
-передача с возникновением коллизии
Наличие коллизий – неотъемлемое свойство сетей Ethernet, которое является следствием принятого случайного метода доступа. Возможность четкого распознавания коллизий обусловлена правильным выбором параметров сети (не превышение стандартов, рекомендуемых при эксплуатации).
Коллизию остальные узлы чувствуют по искажению сигнала. Пауза после коллизии для того чтобы исключить возможность захвата среды каким либо узлом, на основании того, что узел для которого требуется передача, был готов и вошел в режим передачи. Возникновение коллизии носит вероятностный характер. Эта вероятность зависит от частоты использования канала передачи данных (а эта вероятность будет определятся количеством узлов и типом передаваемых данных).
Домен коллизии – часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части сети коллизия возникла.
Домен коллизии соответствует одной разделяемой среде. В случае витой пары или топологии звезды, но если в качестве соединяющего устройства будет использоваться концентратор или хаб, это будет не домен коллизии, разделяемая среда (технология передачи от узла к узлу).
Для разделения сети Ethernet на несколько доменов коллизии используют коммутаторы и маршрутизаторы.
Сети с коммутацией каналов
Перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал
Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов
Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов
Составной канал формируется только для 2х абонентов и только на время сеанса
Скорость будет соизмерима как скорость передачи данных в канале
Соединение пользователей осуществляется на основе определенной идентификации по адресу или по номеру.
Сети с коммутацией пакетов
Технология коммутации абонентов, которая была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика
Комп трафик – это пульсирующая и достаточно долгая информация
Все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами
Пакеты сообщений\данных имеют фиксированную длину.
Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге – узлу назначения
Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.
В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору
Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом (пропускная способность будет не постоянна, будет зависеть от востребованности сети, ее загруженности)
Коммутация пакетов предполагает независимую маршрутизацию каждого пакета
Такой режим работы сети называется дейтаграммным, коммутатор может изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети – работоспособности каналов и других коммутаторов, длины очередей пакетов в соседних коммутаторах и т.п.
Бывает 2 варианта передачи пакетных данных: без установления соединения и с установлением соединения
Без установления соединения протоколы не проверяют, дошли пакеты до места назначения или нет
Виртуальные каналы в сетях с коммутацией пакетов
Virtual circuit или virtual channel
Предварительно установленный, единственный канал между двумя узлами
Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным
Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета – запроса на установление соединения
Пакет проходит через коммутаторы и «прокладывает» виртуальный канал
Коммутаторы запоминают этот маршрут для данного соединения и при поступлении последующих пакетов данного соединения отправляют их всегда по проложенному маршруту
Преимущества стека TCP/IP
Сетевой уровень:
- Основа всей архитектуры TCP/IP
- Обеспечивает перемещение пакетов в составной сети
- Основным является межсетевой протокол (Internet Protocol – IP)
- Задача – продвижение пакетов между сетями – между маршрутизаторами до тех пор,
Локальный (аппаратный адрес) – такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети
В разных подсетях допустимы разные сетевые технологии→ предполагается наличие различных типов локальных адресов
Если подсетью интерсети является локальная сеть, то локальный адрес – это МАС –адрес (МАС – Media Access Control)Технология управления доступом к среде, которая выполняет функции проверки доступности разделяемой среды
МАС-адрес определяется сетевым адаптером и сетевым интерфейсом маршрутизаторов
Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байт
Пример: 11-АО-17-3D-ВС-01
IP-адрес
Основной тип адреса, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями представляет 32-битовое число в виде 4 байт: 10000000 01000000 001000000 0000000011
128.64.32.3
IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Internet Network Information Center, InterNIC)
Доменное имя
Символьное имя, строится по иерархическому принципу. Домен объединяет в логическую группу множество хостов. Интернет разделен на сотни домен верхнего уровня, которые разделены на две группы: родовые домены и домены государства
Каждый домен верхнего уровня имеет собственное имя
Примеры имен родовых доменов
- Сом – доменное имя коммерческой организации
- Edu – учебные заведения
- Org – некоммерческие организации
- Int – международные организации
- Net – сетевые операторы связи
- Gov – федеральное правительство США
- Mil – вооруженные силы США
Доменное имя
Примеры имен государственных доменов
- Ru – Россия
- De – Германия
- It – Италия
- Uk – Великобритания
- Fr – Франция
В свою очередь каждое доменное имя верхнего уровня делится на поддомены.
ru
spb rm ido
library.spb.ru
www.rm.ru
IP-адресация
ARP (протокол разрешения адресов)
IP-адрес
129.35.251.23
DNS (система доменных имен)
Доменное имя
www.telecom.com
Служба DNS
- Между доменным именем и IP-адресов нет глобальной функциональной зависимости
- Для установления соответствия между доменным именем и IP-адресов должна быть сформирована специальная таблица DNS
- Таблица DNS в файле host.txt:
www.telecom.com – 129.35.251.23
www.acme.com – 102.54.94.97
- DNS – централизованная служба, основанная на распределенной базе соответствий «доменное имя – IP-адрес»
- Используются DNS-серверы и DNS-клиенты
- DNS-клиенты обращаются к серверам с запросами о разрешении доменного имени в IP-адрес
- Для каждого домена создается свой DNS-сервер
- DNS-серверы поддерживают распределенную базу отображений
Протокол разрешения адресов
- Для установления соответствия адресов используются специализированные таблицы
- В ARP-таблицах два типа записей:
Статические – создаются вручную (утилитами)
Динамические – периодически обновляемые – ARP-кэш
Cascading Style Sheets (CSS)
- Каскадная таблица стилей
- Технология, автоматизирующая управление внешним видом страниц сайта
- Основывается на создании стиля элементов сайта: шрифт, фон, и тд.
Синтаксис CSS
Selector {property: value;}
Selector – имя элемента HTML-кода
Property - свойство
Value – значение
Body {background-color: #FF0000;}
<body bgcolor=”FF0000”>
Применение CSS к HTML-документу
- In-line (атрибут style)
Указание стиля конкретного элемента с помощью атрибута style
- Внутренний тег style
В заголовке HTML-документа
(<head>…</head>) создается таблица стилей между тегами <style>…</style>
- Внешняя ссылка на таблицу стилей
Создание внешней таблицы стилей в отдельном текстовом файле с расширением .css
Пусть таблица стилей называется style.css и находиться в папке style
Необходимо создать ссылку из HTML-документа (default.html) на таблицу стилей (style.css)
Кроме определения стиля HTML-кода может быть сформирован пользовательский класс. Класс будет определен предварительным описанием. Кроме класс есть идентификатор. Идентифиция – требует предварительного описания. Имя идентификатора начинается с #.
Форма записи IP адреса
10000000 01000000 001000000 000000011
128.64.32.3
Запись IP-адреса не предусматривает специального разделителя между номером сети и номером узла
Для этого служат различные методы:
- Использование класса адресов
- Использование маски адреса
Классы IP-адресов – значение первых бит определяет класс адреса
Класс A, B, C, D, E
Класс A N сети – 1 байт, N узла – 3 байт
Класс А используется для больших сетей – 254 самое большое.
0 1.0.0.0 126.0.0.0 224
Сети класса А имеют номера сетей в диапазоне от 1 до 126
Номер 0 не используется никогда
Номер 127 – для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины (loopback – адрес обратной петли)
Класс В N сети – 2 байта, N узла – 2 байта
10 128.0.0.0 191.255.0.0 216
Класс С N сети – 3 байта, N узла – 1 байт
110 192.0.0.0 223.255.255.0 28
Класс D
1110 224.0.0.0 – 239.255.255.255 Особый групповой адрес – multicast
Адрес не делится на поля номера сети и узла
Основное значение multicast-адресов – распространение информации по схеме «один-ко-многим»
Если в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которые образуют группу
Адрес обрабатывается маршрутизатором специальным протоколом IGMP (Internet Group Management Protocol)
Особые IP-адреса
- Если IP-адрес состоит только из двоичных нулей, то он называется неопределенным адресом
- Обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет
- Если в поле сети стоят только нули, то по умолчанию считается, что узел назначения принадлежит той же самой сети, что и узел-отправитель
- Если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет рассылается всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета (ограниченное широковещательное сообщение – limited broadcast)
- Если в поле номера узла назначения стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером сети
Например, пакет с адресом 192.190.21.255 доставляется всем узлам сети 192.190.21.0
Какая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast)
Итак, ни номер сети, ни номер узла не может состоять только из одних двоичных единиц или только из одних двоичных нулей
Максимальное количество узлов для сетей каждого класса на практике должно быть уменьшено на 2
Пример 1: сеть класса С – 8 бит под номер узла – 256
На практике максимальное количество узлов в сети С не может превышать 254
Пример 2: Конечный узел не может иметь адрес типа
Использование масок в IP-адресации
Маска – число, применяемое в паре с IP-адресом
Причем двоичная маска содержит не прерывную последовательность единиц в тех разрядах, которые должны в IP-адресе интерпретироваться как номер сети
Граница между последовательностями единиц и нулей в маске соответствует границе между номером сети и номером узла
Применение маски делает систему адресации гибкой
Пример
IP-адрес 129.64.134.5
10000001 01000000 10000110 00000101
На основе классов имеем: Класс В
Номер сети 129.64.0.
Номер узла – 0.0.134.5
Маска 255.255.128.0
IP-адрес
10000001 01000000 10000110 00000101
Маска
11111111 11111111 10000000 00000000
Номер сети:
10000001.01000000.1 – 129.54.128.0
Номер узла:
0000110.0000101 – 0.0.6.5
Для стандартных классов сетей маски имеют различные диапазоны
Задача: Пусть IP-адрес некоторого узла подсети равен 198.65.12.67, а значение маски для этой подсети – 255.255.255.240
Определить номер подсети? 198.64.
Какое максимальное число узлов может быть в этой подсети? 14
Порядок распределения IP-адресов
- Централизованное распределение InterNIC или поставщики услуг Internet
Регистрация глобальных адресов в Интернет с 1998 года производится в неправительственной некоммерческой организации ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)
Региональные отделы:
- ARIN – Америка
- RIPE – Европа
- APNIC – Азия и Тихоокеанский регион
- Для автономной сети – произвольный выбор
- Адреса зарезервированные для локальных сетей
- В классе А – 10.0.0.0
- В классе В – 172.16.0.0 – 172.31.0.0
- В классе С – 192.168.0.0 – 192.168.255.0
Существует проблема дефицита IP-адресов
Некоторые технологии в IPv4
Развитие технологии масок – технологии бесклассовой междоменной маршрутизации
Технология трансляции адресов
Новая версия IPv6 – расширяется адресное пространство за счет 16-байтных адресов
IPv6
Модернизация следующих направлений:
- Создание масштабируемой схемы адресации
- Сокращение объема работ, выполняемых маршрутизатором
- Предоставление гарантий качества транспортных услуг
- Обеспечение защиты данных, передаваемых по сети
Увеличение разрядности адреса
IPv6 состоит из 128 бит (16 байт)
340 282 366 920 938 463 463 374 607
FEDC:0A98:0:0:0:0:7654:3210
FEDC:0A98::7654:3210
Имеет 4 уровня иерархии адреса – три уровня для идентификации сетей, один уровень для идентификации узлов сетей
Отсутствует понятие класса
Индивидуальный адрес узла имеет более сложную структуру (шесть полей)
- Глобальный агрегируемый уникальный адрес
3 FP 001 13 TLA 8резерв 24 NLA 16 SLA 64 идентификатор интерфейса
FP (Format Prefix) значение 001
TLA – идентификация самых крупны сетей, позволяет пронумеровать 8196 сетей поставщиков услуг верхнего уровня
NLA – идентификация сетей средних и малых поставщиков услуг
SLA – для адресации подсетей отдельного абонента
Идентификатор интерфейса – аналог номера узла в IPv4 – совпадает с локальным адресом узла
- Физическая подготовка
- Физическая подготовка
- Физическая подготовка
- Физическая подготовка
- Физическая подготовка
- Физическая подготовка
- Физическая подготовка боксеров
- Физическая культура – часть общечеловеческой культуры
- Физическая культура – часть общечеловеческой культуры
- Физическая культура – часть общечеловеческой культуры
- Физическая модель Земли
- Физическая нагрузка
- Физическая нагрузка, её основные компоненты
- Физическая нагрузка при заболевании почек (пиелонефрит)
